Fracionamento de bagaço de cana-de-açúcar por pré-tratamentos hidrotérmico e oxidativo avançado para produção de etanol de segunda geração e biogás.

Abstract

A produção de etanol a partir de biomassa lignocelulósica é uma alternativa viável para os desafios e problemas ambientais ocasionados pelo uso excessivo de combustíveis fósseis, além de satisfazer o conceito de biorrefinaria. O desenvolvimento de métodos de pré-tratamento econômicos que tornem a estrutura da biomassa lignocelulósica acessível à enzimas, para que por meio da hidrólise enzimática sejam liberados açúcares de 5 e 6 carbonos de forma eficiente é um dos temas recorrentes da produção de biocombustíveis a partir de materiais lignocelulósicos. A presente pesquisa avaliou a aplicação de um fracionamento em trêsetapas para o bagaço de cana-de-açúcar, pré-tratamento hidrotérmico seguido de extração alcalina e oxidativo avançado em meio alcalino, para a produção de etanol de segunda geração (E2G) e biogás. As condições do hidrotérmico utilizadas para se obter o bagaço pré-tratado foram de 183°C, ~41 min e razão líquido-sólido (RLS) de 3,94 mL g-1. Para investigar a deslignificação do bagaço de cana pré-tratado por hidrotérmico foi utilizado um planejamento Doehlert, cujas condições experimentais foram avaliadas por meio das variáveis independentes carga de peróxido de hidrogênio aplicada por grama de bagaço (g H2O2 g BC-1), RLS e tempo. Os efeitos das variáveis independentes nas respostas teor de celulose, deslignificação e conversão enzimática de celulose a glicose foram analisados no programa Statistica® 12. Elevados valores de deslignificação combinados com elevadas preservações de celulose na fração sólida e conversão enzimática foram obtidos a partir do uso de baixas cargas de peróxido de hidrogênio e quantidades de água. A condição otimizada encontrada foi de RLS de 9,7 mL g-1, 0,3 g H2O2 g BC-1 e tempo de 8 h, atingindo-se um rendimento de 77,9% e uma conversão enzimática de 88,9%. Na etapa de fermentação à etanol uma conversão de 89,4% foi alcançada, gerando a produção de 150,5 kg etanol ton BC-1. Além disso, as correntes residuais do processo passaram por um processo de digestão anaeróbia, produzindo um total de 0,273 Nm3 CH4 kg DQO-1. Isto demonstra o elevado potencial bioenergético da estratégia de fracionamento da biomassa adotada no presente estudo dentro do contexto de biorrefinaria lignocelulósica.